[发明专利]一种汽车车身用铝合金及其板材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，特别涉及一种成形性优异的汽车车身用铝合金成分及其板材制造方法。

背景技术

采用可热处理强化的6xxx系铝合金板材制造汽车车身以减轻汽车自重，是目前解决汽车产业迅猛发展所带来的环境污染和能源短缺两大严重社会问题最直接有效的途径之一。近年来，欧美、日本等发达国家通过对6xxx系铝合金合金化原理、冲压成形方法的研究，先后在国际上注册了6016、6111、6181及6022等车身板铝合金牌号，申报了多项车身用铝合金板材的制备加工及冲压生产工艺的专利。国内东北大学、中南大学、郑州大学及上海交大等高等院校业曾就汽车车身用6xxx系铝合金板材的时效特性、板材成形性能和力学性能等方面进行了研究，也申报了一些有关汽车车身用6xxx系铝合金板材热处理工艺方面的专利。但是目前公开的资料均主要集中在对汽车车身用6xxx系铝合金板材的最终热处理方面，主要是固溶水淬后的预时效处理工艺方面的研究，其关键技术在于通过调控析出相(precipitate)粒子组态以改善合金板材的冲压成形性能。然而，6xxx系铝合金板材基体中除了Mg₂Si和Al_1.9CuMg_4.1Si_3.3序列的析出相粒子外，还存在大量Mg₂Si、Al₈(FeMn)₂Si、Al₈Si₆Mg₃Fe、Al₅(FeMn)Si和Si等结晶相(constituent)粒子，以及Al₆Mn、Al₃Ti、Al₅Cr等弥散相(dispersoid)粒子，它们与运动位错交互作用将严重影响该系合金的塑性流变行为，进而影响其板材的冲压成形性。因而，综合调控结晶相、弥散相和析出相三类合金相粒子组态是控制6xxx系铝合金板材冲压成形性的关键。虽然6xxx系铝合金中的三类合金相粒子组态在其板材的整个生产环节中发生复杂的演变，但就其中的一类合金相粒子而言，其组态主要受控于某一个或几个关键的生产环节，例如控制析出相粒子组态的关键生产工艺为最终热处理(包括固溶和预时效)过程，决定结晶相组态的关键生产环节包括铸造、均匀化和轧制工艺环节，而控制弥散相粒子组态的关键生产工艺主要有铸造、均匀化、轧制和中间退火等工艺过程。

虽然6xxx系铝合金板材经合适的最终热处理工艺(主要是固溶水淬后合适的预时效)处理后，其冲压成形性能得到比较明显的改善，然而目前该系铝合金板材成形性仍不能满足汽车车身构件的冲压生产要求。因而，开发具有优异冲压成形性的6xxx系铝合金及其相应的板材生产制备工艺技术是推广该系合金板材在汽车车身中广泛应用的关键。

发明内容

针对现有汽车车身用铝合金板材成形性存在的问题，本发明提供一种汽车车身用铝合金及其板材制造方法。

本发明采用半连续铸造方法生产了一种 6xxx 系铝合金铸锭，其成分范围为：Mg0.6～1.33wt％，Si 0.6～1.33 wt％，Cu 0.3～0.7 wt％，Zn≤0.3 wt％，Fe≤0.15 wt％，Mn 0.2～0.8 wt％，Cr 0.01～0.3 wt％，Ti 0.01～0.3 wt％，余量为Al。

所述合金成分中的Mg和Si质量分数比等于1，而且Mn、Cr和Ti三种合金元素的质量分数总含量不低于0.3％，而且Cu含量不低于0.3％。

制备合金铸锭的具体方法如下：熔炼合金的原料为99.9％的纯Al，电解纯Cu，工业纯Mg，工业纯Zn以及Al-9.5％Si、Al-9％Mn、Al-3％Ti和Al-4％Cr等中间合金。先加入纯铝，采用石墨粘土坩埚在电阻炉中熔炼，待纯铝半熔化时，加入纯Cu和纯Zn；当金属全部熔化且熔体温度达到730℃～750℃时，加入Al-9.5％Si、Al-9％Mn、Al-3％Ti和Al-4％Cr等中间合金，并添加少量覆盖剂，覆盖剂由KCl、MgCl和CaF组成，其中KCl占50％，MgCl占28％，CaF占22％；当中间合金全部熔化搅拌熔体，待熔体温度达到750℃～760℃时加入纯镁，并充分搅拌；然后造渣、除气精炼，炉子停电，静置熔体，待熔体温度降至720℃～730℃时，采用半连续方式铸造成型。